氯气吸收塔的腐蚀与防护

2011-09-27吴培德

中国有色冶金 2011年1期

关键词：储液余氯碱液

吴培德

（金川集团有限公司精炼厂，甘肃金昌 737100）

氯气吸收塔的腐蚀与防护

吴培德

（金川集团有限公司精炼厂，甘肃金昌 737100）

介绍了氯气吸收塔的选材、防腐措施及效果。

湿氯气；吸收塔；防腐；选材

甘肃金川公司是我国最大的镍钴生产基地和铂族金属提炼中心，在镍、钴、贵金属冶金生产过程中均有大量的含氯废气产生，氯气为有毒物质，必须采用有效的工艺装置进行处理。本文介绍了企业氯气吸收塔的防腐实践。

1 余氯吸收工艺

镍、钴、贵金属湿法冶金生产过程中产生的含氯废气经主管输送，进入余氯吸收装置，余氯吸收装置的核心是一级或多级氯气吸收塔，其主要由储液段、喷淋吸收段等组成。配制好的碱液用泵从储槽打入吸收塔顶，均匀向下喷淋，温度约为40～90℃的含氯废气从吸收塔下部进入，经过吸收塔内填料的孔洞与逆向流动的碱液充分接触，氯气被碱液吸收，吸收净化后符合环保标准的尾气从塔顶排出。余氯吸收工艺流程如图1所示。

图1 三级氯气吸收工艺流程图

碱液吸收是最常用的处理含氯废气的方法，并且氢氧化钠碱液吸收处理效果好，吸收废氯气的效率高，吸收速度快，设备和工艺流程简单，在工业上应用广泛[1]，其基本原理为[2]：

金川公司含氯废气碱吸收法净化处理的工艺指标见表1。吸收后的尾气高空排放，符合国家排放标准要求。

表1 碱吸收法含氯废气净化处理工艺指标

实际生产中，为了便于操作，氯气吸收塔岗位职工定时采用pH试纸测试吸收液的碱性，吸收液的碱性低于规定值时，停止吸收操作，排出储液槽中吸收液，加入新的碱液后再开始循环吸收作业，确保吸收效果。

值得一提的是，金川公司镍电解车间采用制备碳酸镍的废液取代碱液吸收氯气，显著降低了含氯废气的处理费用。

2 吸收塔的运行工况和腐蚀状况

2.1 吸收塔的运行工况

镍、钴、贵金属冶金过程中产生的余氯废气带有大量的水蒸气，废气在吸收塔内与碱液发生剧烈的放热反应，产生大量的热，致使塔内温度迅速升高，由于有水蒸气存在，氯气发生水解生成盐酸和次氯酸，次氯酸可分解出活性氧，其腐蚀性非常强[3]。

另外，吸收塔余氯吸收过程中，还同时存在40～90℃碱液的腐蚀、带有水蒸气的氯气腐蚀、碱液循环泵振动引起的疲劳腐蚀等。

2.2 吸收塔的腐蚀状况

公司余氯吸收塔先后采用过PP塑料、硬PVC塑料加工制作，其热变形明显。塑料的导热系数很小，约为金属的1/6000～1/50，在荷载的长期作用下易产生蠕变，随着时间的延续变形增大，而且温度愈高，变形增大愈快，在80～90℃，PP塑料、硬PVC塑料吸收塔储液段变形非常明显。而为了增加焊接性能，焊缝部位焊条采用与母材成分不同的材质，其耐腐蚀性能低于母材，故焊缝部位首先被腐蚀，出现渗漏，老化开裂。

PP塑料、硬PVC塑料制作的吸收塔，在高温强腐蚀介质作用下，分子结构产生递变，增塑剂等组分挥发，化合键产生断裂，出现机械性能变坏，发生硬脆、破坏等现象。实践证明，温度越高，这种老化开裂越显著。

因此，要防止和减轻吸收塔的腐蚀，应采用正确有效的防腐蚀材料并进行合理设计，同时保证施工质量。

3 吸收塔的设计及加工制作

公司余氯吸收塔有两种结构：一种为吸收塔、储液槽分离型，吸收塔只具有喷淋吸收功能；另一种为只有吸收塔、无储液槽型，吸收塔上段喷淋吸收，直接在下段存装碱液，吸收塔具有存储碱液和喷淋吸收双重功能。喷淋吸收段腐蚀程度较小，腐蚀破坏主要发生在储液槽（段），从而导致吸收塔的腐蚀报废。因此，吸收塔的防腐首先是设计合理，塔、槽分离设计可显著提高吸收塔的使用寿命；其次是吸收塔储液槽（段）采用有效的防腐蚀材料进行防护。多年来，公司余氯吸收塔喷淋吸收段多采用硬PVC塑料加工，储液槽（段）主要采用以下几种防腐材料加工制作。

3.1 PP塑料加工制作

PP塑料(聚丙烯)制作吸收塔最大的优点是具有相对较高的使用温度，但PP塑料易发生成型破裂，成型收缩率1.0%～2.5%，收缩范围及收缩值大,易产生缩孔、凹痕、变形，低温时变脆,易老化。2005年，公司某车间采用了大型PP塑料氯气吸收塔，该吸收塔储液箱刚性不足、易变形，且桶体及储液箱焊接性能差、焊缝部位频繁腐蚀开裂，其板材内存在大量蜂窝状组织，检修困难，检修加固后，仅运行了两年左右就彻底腐蚀开裂报废。

3.2 硬PVC塑料制作+玻璃钢复合

公司原余氯吸收塔大多为硬PVC塑料制作+玻璃钢复合。硬聚氯乙烯塑料突出的特点是不仅具有良好的耐腐蚀性能，而且机械强度较高，成型性好，易于加工，可以通过机械加工、热成型、焊接等方法制成各种化工设备。但硬聚氯乙烯塑料的热变形温度只有73.0℃[5]，制作余氯吸收塔时，也必须采用玻璃钢增强提高其耐热性能，否则易发生渗漏，检修维护频繁。采用硬PVC塑料制作+玻璃钢复合的吸收塔，塔、槽分离型的可以运行2年左右，无储液槽型的运行寿命不足1年。金川公司在硬PVC塑料+玻璃钢复合吸收塔的加工制作上，具有成熟的工艺和完备的设备，制作成本低，一套ϕ1 200mm×5000mm×30mm的吸收塔加工成本4万余元。

3.3 钢复合衬里

针对硬PVC塑料制作+玻璃钢复合吸收塔检修维护频繁的不足，做好吸收塔的塔、槽分离设计，加强重点腐蚀部位的防腐选材。对吸收塔腐蚀最严重的储液槽，首先选取金属材料碳钢加工，然后在碳钢吸收塔储液槽内壁衬橡胶板作为抗渗层，在此基础上，用耐碱耐氯气的标准型环氧乙烯基酯树脂胶泥砌耐酸耐温陶砖，充分发挥碳钢金属材料强度高，橡胶衬板抗渗性好，标准型环氧乙烯基酯树脂胶泥耐强碱和次氯酸腐蚀性强，耐酸耐温陶砖防腐、防冲刷和隔热的作用。公司某车间净化工段吸收塔采用上述防腐方法施工，取得了较好的效果，显著降低了吸收塔运行中的检修次数，吸收塔正常使用寿命在3年以上。目前该方法已推广到铜渣等工段余氯吸收塔的防腐中，其优化了氯气吸收塔的施工方法，降低了维修成本，实现了设备长周期可靠运行，效果较好。

3.4 钛材制作

钛本身是活泼金属，但在常温下能生成保护性很强的氧化膜，因而具有优良的耐腐蚀性能，尤其是耐湿氯、氯水的能力极强，且可用温度高（350℃以下），使用寿命长。钛在浓度小于50%的氢氧化钠溶液中较为稳定，但在温度和浓度升高的情况下，腐蚀会增大[3]。但钛材不能用于处理干燥的氯气，氯气含水量必须大于0.5%。可根据余氯吸收现场实际条件，尝试采用钛材加工制作整体氯气吸收塔，虽然造价高，但可以彻底解决余氯吸收塔易腐蚀破坏的难题。